1.一种纱线状超级电容器的制备方法,其特征在于该方法包括以下步骤:(1)静电纺丝用纺丝液的制备:
将热塑性聚氨酯(TPU)溶于N‑N二甲基甲酰胺溶剂中,热塑性聚氨酯的质量分数为15‑
25%,室温搅拌12 h以上,得到热塑性聚氨酯纺丝液;
(2)导电碳丝的亲水处理:
在特氟龙内衬的高压釜内,将导电碳丝置于5‑10 mol/L的硝酸溶液中进行水热处理,水热温度为90℃‑150℃、水热时间为60‑180 min;
处理后的导电碳丝用乙醇清洗后,在pH 8‑9的条件下在特氟龙内衬的高压釜中进行深度清洗,深度清洗的温度为100℃‑250℃,时间为60‑180min,然后在70℃烘箱中干燥过夜;
(3)TPU纳米纤维/导电碳丝纱线的制备:
以步骤(2)得到的导电碳丝作为基底,采用步骤(1)制得的热塑性聚氨酯纺丝液进行静电纺丝,制备得到TPU纳米纤维/导电碳丝纱线,该纱线中导电碳丝与TPU纳米纤维的重量比为5:1‑2;
静电纺丝设置的参数为:针尖与收集器中轴线的夹角为60°±5°,针头与收集器的距离为6~8 cm,注射泵以0.7~0.8mL/h的速度推进纺丝液,纺丝过程中以12‑17 KV直流高压电,漏斗型收集器转速80‑120 rpm、卷绕装置速度0.06~0.08 m/min;
(4)纱线状超级电容器制备
将两根5‑20 cm相同长度的TPU纳米纤维/导电碳丝纱线以及一根锌线平行塞入PTFE管中,通过注射泵将含有锰元素的电解液浇筑入PTFE管内,采用计时电流法电沉积工艺原位合成负载在导电碳丝表面的MnO2活性材料,计时电流法的电压选择为1.8‑2.5V,电沉积时间为300‑6000 s;
反应结束后将锌丝抽出,补充电解液,并用胶水将PTFE管口封住,得到密封的纱线状超级电容器。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中热塑性聚氨酯分子量为
10000 50000。
~
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中导电碳丝规格为1K、3K、
12K、24K中的一种或几种。
4. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中提供弱碱条件的物质为尿素、碳酸钠、氢氧化铁、氢氧化亚铁和氢氧化铜中的一种或几种,浓度为0.01‑0.1 mol/L。
5. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(4)中所述的电解液制备流程为:将电解质在室温条件下溶解于去离子水中,制备得到电解液;电解质为硫酸锰(MnSO4)以及硫酸锌(ZnSO4)、氯化锂(LiCl)、硫酸(H2SO4)或氢氧化钾(KOH)中的一种或几种,电解质中硫酸锰的浓度为0.1‑2 mol/L。
6. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(4)中PTFE管直径为0.5‑10 mm。
7. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(4)中锌丝的直径为0.3‑2 mm。
8. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(4)中计时电流法的电压选择为
2.2V,电沉积时间为600‑1200 s。
9.一种权利要求1所述的制备方法制得的纱线状超级电容器,该超级电容器包括导电碳丝集流体、纳米纤维层、活性物质、电解质和封装材料。